不同刈割期甘蔗营养成分和生物产量研究及饲用价值评价

李孟周，王智能，陆 鑫，陈浩文，李登宇，范源洪,3*

1.云南农业大学农学与生物技术学院，云南昆明 650201；
2.云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远 661600；
3.云南省高原特色农业产业研究院，云南昆明 650201

2020年，我国牛奶产量2261万t，同比增长29.5%；
人均牛奶消费量17.39 kg，比2019年增加3.96 kg。肉牛生产持续增长，牛肉产量676万t，同比增长7.2%[1]，由此可见我国奶业生产持续发展，而畜牧产业的快速发展对饲草饲料的需求日益增加，筛选新的饲料作物品种是当务之急。2016年，农业部曾提出“粮经饲统筹、种养加结合、一二三产融合”的产业结构性调整的总体要求。2021年全国畜牧总站在北京召开肉牛生产形势研讨会，就对优质饲草供应不足，养殖成本上涨等问题提出意见，要通过粮改饲等系列政策，解决肉牛养殖饲草料供应瓶颈等问题，保障饲草产业发展和饲草料的供应。发展养殖业，除了需要充足的饲草饲料外，具有优质营养成分的饲草种类及其优良品种的选择，同样非常重要。评价饲草的营养成分，韩友文等[2-3]研究认为，CP是牧草营养品质的重要指标，饲料蛋白含量是影响瘤胃微生物数量及活力的最重要因素。陈玉香等[4]研究认为，ADF含量的高低会影响牲畜对牧草的消化率，ADF含量高，饲草消化率低，ADF含量低，则饲草消化率高，嘎尔迪等[5]研究认为，WSC是反刍家畜能量和脂肪贮备的主要原料。王贤等[6-7]研究认为，EE能提高饲料适口性和增重速度，WHEELER等[8]发现，高钙处理的肉牛的产量要好于低钙组。

目前，天然草地存在着不同程度的退化趋势，且一到冬季其他青绿草饲料枯萎就出现严重缺乏饲料现象，一直以天然放牧为主的养殖模式面临着巨大的威胁，“人畜争粮”矛盾加剧。因此，饲喂方式和饲料结构调整迫在眉睫，甘蔗是一种比较易于栽培和管理的经济作物，也是肉牛生产的重要原料，甘蔗与常规牧草有极强的互补性，能兼顾养牛业和甘蔗种植业的效益[9]。洪琼花[10]认为，甘蔗有很高的能量转换能力，其生物产量高于其他作物，又充分利用了杂种优势，是一种极有前途的特高产的饲料作物。甘蔗属于多年生，甘蔗作为牛的饲料比其他大田作物有几个独特的优势，生物产量高、适应性广、广泛种植于热带亚热带区域，栽培和管理相对粗放，与其他饲草有互补性（冬春季节），能保持一贯的品质[11]。在我国南方，发展饲料甘蔗，是解决饲料问题的新途径[12]，可解决冬季和早春牛羊等食草动物的鲜草供应问题。近几年，为进一步拓展甘蔗用途，选育适应性广、产量高、品质好的饲料甘蔗新品种，曾日秋[13]对牧草甘蔗新品种选育及饲用价值方面也做了相关研究。本研究中2个对照组‘闵牧101’（CK1）和‘闵牧117’（CK2）即饲用杂交甘蔗，二者具有适应性广、宿根性好、适口性佳及冬季营养品质好等特点。

由于甘蔗糖价影响，市场竞争力不强，糖价低迷，原料蔗价格下跌，蔗农利益得不到保障。受传统种植模式的影响，甘蔗用作饲料的方式比较单一。如果改变甘蔗种植方式和收获时间，以全株甘蔗作动物饲料，以每年收获2~3次、每次45~60 t/hm2测算，这不但可以满足饲草动物的原料需求，而且可以形成糖畜联动的产业发展模式。云南甘蔗种植面积位居全国第二，如何利用这些丰富的资源发展饲料工业和畜牧业将是今后的一个发展方向[9]。PATE等[11]研究认为，甘蔗饲用具有可行性，黄文琴等[14]研究表明，当全株甘蔗在山羊饲粮中的比例为33%~60%时，能够显著提高山羊的DM采食量、营养物质的表观消化率和机体抗氧化性能及免疫力，全株甘蔗DM和ADF的有效降解率显著高于国产羊草，全株甘蔗是一种可供奶牛食用的消化率较高的优质粗饲料，且用其分别替代饲粮中的 25%或 50%美国进口苜蓿不影响奶牛的瘤胃发酵特性和营养物质表观消化率[15]，徐英等[16]研究表明，在饲养条件基本相同的情况下，全株甘蔗与全株大麦混合青贮饲喂肉牛效果显著高于全株玉米青贮。我国近年来开展的牧草型甘蔗新品种培育已取得了一定成绩[17]。

因此，本研究以 2个审定的牧草甘蔗品种作为对照（CK1、CK2），15个甘蔗品种为研究对象，测定其生物产量及 10个青饲料常规营养成分指标并进行主成分分析，与对照比较分析，探究甘蔗不同刈割期主要营养成分含量，评价甘蔗饲用价值，为甘蔗一年多采和全株饲用提供科学依据，以满足反刍动物生产对饲草饲料需求。

1.1 材料

试验所需材料均栽培于云南省农业科学研究院甘蔗研究所田间试验基地，地理坐标为103°26′E，23°71′N，海拔 1042.89 m。年均气温19.8℃，年日照2200 h，年降雨量700 mm，为饲料作物生产提供了良好的生长环境。本次试验材料分别为‘Q27’‘FR93-910’‘CP72-3709’‘ROC22’‘云蔗 00-290’‘云蔗 01-286’‘云蔗06-160’‘云蔗 12-201’‘云蔗 12-251’‘云蔗12-198’‘云蔗 12-142-1-J’‘云蔗 14-357’‘云蔗16-16’‘滇蔗 11-726’‘滇蔗 11-728’‘闽牧 101（CK1）’‘闽牧 117（CK2）’。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 参试材料定植时间为2021年1月28日。试验地先整地再划分小区，整地进行土壤全耕翻处理，平整表土，除尽杂草。试验采取完全随机区组设计，每个材料两行区3个重复，株行距3.1 m×1 m，每行下种量30个芽，人工条播，覆土后盖地膜，四周设保护行。相同水肥管理和病虫害防治。

1.2.2 样品采集 参试材料分别于2021年6月15日、9月25日进行刈割，每个材料每行随机选择3~5株，3次重复，称鲜重。切成1~2 cm左右长度，混匀，然后用四分法分出2 kg，于65℃烘箱烘干制成风干样品，粉碎过40目筛孔，以备分析。

1.2.3 指标测定 生物产量：所有参试材料全部刈割后，立即分别称鲜重，然后换算出单位面积鲜重。

常规营养成分测定：水溶性碳水化合物（WSC）用苯酚硫酸法测定；
水分先经65℃烘干至恒重制成风干样品记录初水分，干物质（DM）含量=100%-含水量（WC）%；
粗蛋白（CP）参照国标GB 6432—2018的方法测定；
粗脂肪（EE）参照国标 GB 6433—2006的方法测定；
粗灰分（Ash）参照GB/T 6438—92的方法测定；
中性洗涤纤维（NDF）参照GB/T 20806—2006的方法测定；
酸性洗涤纤维（ADF）参照国标NY/T 1459—2007的方法测定；
木质素（ADL）参照国标GB/T 20805—2006的方法测定；
钙（Ca）参照国际GB 5009.92—2016的方法测定；
磷（P）参照国标GB 5009.87—2016的方法测定。

主成分分析：参照田宏等[18]的方法。

CP、ADF、EE、Ca产量计算公式为：单位面积干物质产量×某营养成分含量；
WSC产量计算公式为：单位面积生物产量×WSC含量。

1.3 数据处理

试验数据采用 Microsoft Excel 2010软件作图，利用 SPSS 26.0软件采用最小显著差数法（LSD）对主要营养成分进行多重比较。

2.1 不同品种材料营养成分的主成分和相关性分析

对17个不同品种材料的营养成分DM、WSC、CP、EE、Ash、NDF、ADF、ADL、Ca、P 含量等10个指标（表1）进行因子主成分分析。根据主成分的方差大于1的原则提取主成分，共提取了4个主成分（表2、表3），其中第一主成分的特征值为2.158，贡献率为21.579%，对应特征向量中，数量较大的性状为DM、WSC、Ash含量，相对应的相关系数分别为0.722、0.661、-0.735；
第二主成分的特征值为1.884，贡献率为18.838%，对应的特征向量中主要表现在 Ca、WSC、NDF含量方面；
第三主成分的特征值为1.339，贡献率为13.390%，数量较大的是EE、ADL含量，相关系数为-0661、0.639.；
第四主成分的特征值为1.327，贡献率为 13.275%，数量较大的是CP和NDF含量，相关系数为0.525、0.657；
第五主成分的特征值为1.042，贡献率为10.419%，数量较大的是 ADF，相关系数为 0.809。以上 5个主成分的累计贡献率为 77.501%，基本包含了所测指标的全部信息。

表1 原始数据平均值Tab.1 Average of raw data %

表2 主成分提取分析Tab.2 Principal component extraction and analysis

表3 主成分分析结果Tab.3 Principal component analysis results

为了进一步筛选主要指标，对这10项营养成分进行相关性分析，表4结果表明，DM含量与Ash含量呈极显著负相关（r=-0.652**），与NDF、ADF、EE、Ca呈正相关，CP含量与 WSC呈显著负相关（r=-0.414**），与ADF、ADL、EE呈负相关，说明在饲草中CP含量越高，WSC含量越低；
WSC含量与 Ca含量呈极显著负相关（r=-0.616**）。综合主成分分析和各指标相关性分析及牧草中重要营养成分，在第一主成分下选择WSC，第二主成分下选择Ca含量来代表牧草中矿物质营养，第三主成分选择EE，第四主成分选择CP，第五主成分下选择ADF来代表牧草中纤维成分，共选出5个主要指标。

表4 各指标之间的相关系数Tab.4 Correlation coefficients between indicators

2.2 不同品种材料主要营养成分比较分析

2.2.1 15个甘蔗品种与2个牧草甘蔗品种主要营养成分比较分析 由表5可见，15个甘蔗品种的CP、ADF含量与 CK1、CK2不存在显著差异，其中‘ROC22’‘云蔗 12-201’的 CP含量超过CK1、CK2；
‘Q27’‘ROC22’‘云蔗 01-286’‘云蔗 06-160’‘云蔗 12-142-1-J’‘滇蔗 11-728’的ADF 含量比 CK1、CK2 低；
‘Q27’‘云蔗 00-290’‘云蔗12-142-1-J’‘云蔗16-16’‘滇蔗11-726’‘滇蔗11-728’的WSC含量比CK1、CK2高；
15个甘蔗品种EE含量均低于CK2，但与CK2之间（除‘云蔗 06-160’）无显著差异。其中，EE含量比CK1低的是‘CP72-3709’‘云蔗00-290’‘云蔗06-160’；
15个甘蔗品种（除‘滇蔗11-726’）的Ca含量超过CK2，且与CK1无显著差异。

表5 不同品种材料主要营养成分分析Tab.5 Analysis of main nutritional components of different varieties %

2.2.2 甘蔗不同刈割期主要营养成分变化分析15个甘蔗品种和2个牧草甘蔗品种不同刈割期粗蛋白含量变化规律如图1所示，‘ROC22’2次刈割CP含量无明显变化，其余16个甘蔗品种的第二次刈割期的CP含量均明显小于第一次刈割时期；
ADF含量第二次刈割比第一次刈割增加的有‘云蔗 06-160’‘云蔗 12-201’‘云蔗 12-198’‘云蔗12-142-1-J’‘云蔗16-16’5个甘蔗品种，其余各品种材料的 ADF含量第一次刈割均大于第二次刈割（图1）；
‘云蔗 12-198’‘云蔗 12-142-1-J’‘云蔗 16-16’和‘滇蔗 11-726’、CK1的 WSC含量第一次刈割比第二次刈割时期高，其余12个甘蔗品种 WSC含量第二次刈割均大于第一次刈割时期，‘Q27’‘滇蔗 11-726’‘滇蔗11-728’的WSC含量在不同刈割期变化最大，而‘滇蔗11-726’的WSC含量第二次刈割时明显降低；
EE含量第一次刈割时期比第二次刈割时期高的只有‘云蔗06-160’‘云蔗12-201’‘云蔗12-251’等3个品种，有13个甘蔗品种EE含量第二次刈割时期均大于第一次刈割时期，CK2变化幅度极小，2次刈期‘滇蔗11-726’的Ca含量相同，‘云蔗00-290’和‘滇蔗 11-728’第二次刈割时期的钙含量超过第一次刈割（图2）。可见，不同甘蔗品种在不同刈割期营养成分积累有所差异，但大部分甘蔗品种不同刈割期营养成分差异不大。

图2 不同刈割时期甘蔗水溶性碳水化合物、粗脂肪和钙含量变化分析Fig.2 Analysis on changes of water soluble carbohydrate, crude fat and calcium content in sugarcane at different cutting stages

2.3 甘蔗饲用可行性评价

2.3.1 不同品种材料不同刈割期生物产量表现由表6可以看出，不同品种之间生物产量表现不一，同一个品种不同刈割期生物产量也有差异。15个甘蔗品种中，2次刈割生物产量合计最高为‘云蔗 01-286’，达到 163.95 t/hm2，其次是‘云蔗16-16’，为147.75 t/hm2，第三是云蔗00-290，为136.50 t/hm2，最低的是‘云蔗 12-251’，为71.40 t/hm2；
15个甘蔗品种 2次刈割合计产量在71.40~163.95 t/hm2之间，均超过CK1、CK2。20个不同饲草品种，生物产量从大到小依次为：‘云蔗 01-286’＞‘云蔗 16-16’＞‘云蔗 00-290’＞‘CP72-3709’＞‘Q27’＞‘云蔗 12-201’＞‘云蔗 06-160’＞‘滇蔗 11-728’＞‘FR93-910’＞‘云蔗 12-198’＞‘云蔗 12-142-1-J’＞‘ROC22’＞‘滇蔗11-726’＞‘云蔗14-357’＞‘云蔗12-251’＞‘闽牧 101’＞‘闽牧 117’。综合上述（表3、表4）分析评价，生物产量、CP含量高于对照组CK1、CK2，ADF含量低于对照组 CK1、CK2，筛选出‘ROC22’最合适做为反刍动物的饲料甘蔗；
生物产量、WSC含量高于对照组CK1、CK2，ADF含量低于对照组CK1、CK2，筛选出‘Q27’最合适做为反刍动物的饲料甘蔗。不同时期，甘蔗生长速度不同，但是，大多是甘蔗品种第二次刈割产量都高于第一次，这与开远地区6月15日至9月25日期间，气温和降雨大于第一个生长期等因素直接相关；
产量最高的前五位分别是‘Q27’‘CP72-3709’‘云蔗 00-290’‘云蔗 01-286’‘云蔗16-16’，基本呈现出第二次刈割时期产量比第一次高。

表6 不同品种材料全株植物生物产量分析Tab.6 Analysis of whole plant biomass of different varieties t/hm2

2.3.2 甘蔗与饲料甘蔗营养成分产量比较分析从表7可以看出，不同品种材料的单位面积营养成分总量存在一定的差异。CP产量最高的是‘云蔗00-290’和‘云蔗01-286’，分别为2.09 t/hm2、2.17 t/hm2，最低的是CK2，为0.35 t/hm2；
ADF产量最高的是‘云蔗00-290’，为11.50 t/hm2，最低的是CK2，为1.57 t/hm2；
WSC产量最高的是‘云蔗00-290’，为8.41 t/hm2，最低的是CK2，为0.99 t/hm2；
EE产量最高的是‘云蔗01-286’，为0.42 t/hm2，最低的是CK2，为0.06 t/hm2；
Ca产量最高的是‘云蔗00-290’，为0.16 t/hm2。15个甘蔗品种的CP、ADF、WSC、EE产量均高于CK1和CK2，15个甘蔗品种的Ca产量超过CK2，且超过CK1的亦有13个甘蔗品种。

表7 不同品种材料营养成分产量比较Tab.7 Comparison of nutrient yield of different varieties

2.3.3 甘蔗饲用综合评价 15个甘蔗品种中，生物产量均超过 CK1、CK2，CP含量超过 CK1、CK2的有2个，ADF含量低于CK1、CK2的有6个，WSC含量超过CK1、CK2的有6个，15个甘蔗品种的EE含量均低于CK2，但与CK2之间（除‘云蔗06-160’）无显著差异，而12个甘蔗品种的 EE含量均高于 CK1（表6、表7）。从单位面积营养成分产量比较分析表明，15个甘蔗品种的 CP、ADF、WSC、EE产量均高于 CK1和CK2（表7），15个甘蔗品种的Ca产量超过CK2。综合营养成分、生物产量及单位面积营养成分产量，评价筛选出相对较好的5个甘蔗品种作为饲料甘蔗品种来源，分别为‘Q27’‘ROC22’‘云蔗01-286’‘云蔗12-201’和‘滇蔗11-728’。

反刍动物对饲草饲料的需求，其重要指标是生物产量（或干草产量），甘蔗有南方热区优势。本研究15个甘蔗品种生物产量2次刈割合计最高可收获达163.95 t/hm2，如每年收获3次（一个生长周期），每公顷预计最高可收获200 t左右，按280~300元/t，总产值可达5.6~6.0万元。本研究中没有第三次生物产量（甘蔗生长周期当年1月至翌年1—2月）。甘蔗最佳适宜刈割期（生长时间）及其主成分含量需要进一步试验。本研究从10个营养成分筛选出5个主要成分指标，分别为CP、ADF、WSC、EE、Ca，与牧草主要营养成分相关研究结果一致，今后可用于饲料甘蔗品种的营养成分研究和饲料甘蔗品种筛选。甘蔗产业是云南省的优势农业产业，种植的面积、产量在我国排名第 2，目前针对云南省不同刈割期甘蔗生物产量和成分研究及饲用价值评价方面尚未报道。前人对甘蔗稍的饲用价值研究较多，本研究中，甘蔗不同刈割期营养成分和生物产量存在一定的差异，这可能受品种特性、温度、光照强度、湿度等影响[19]。不同品系的甘蔗的农艺性状除了本身的遗传因素的影响外，还受到田间管理、气候和土壤环境的影响。不同品种的属性需要通过多点多年的试验才能更加准确地判断出各个品系的特点，才能更好地做好优良品种的推广工作。

甘蔗饲用和一年2~3次刈割是可行的，生物产量均超过2个饲料甘蔗品种；
就品质而言，甘蔗CP含量比CK1、CK2高的有2个，ADF含量比CK1、CK2低的有6个，WSC含量比CK1、CK2高的有6个，15个甘蔗品种的EE含量均低于CK2，但与CK2之间（除‘云蔗06-160’）无显著差异，其中有12个甘蔗品种的EE含量高于CK1，有13个甘蔗品种的Ca含量超过CK2。所以，品质指标是甘蔗饲用品种筛选的关键。高产、高品质是综合指标。本研究通过测定分析甘蔗生物产量及10个青饲料常规营养成分，并与其他饲草饲料比较分析，评价甘蔗饲用价值，为甘蔗饲用提供了科学依据，不但为多用途甘蔗品种选育奠定良好基础，而且极大地推动糖畜产业联动发展。

综上所述，甘蔗饲用可行，并具有巨大潜力。一是在现有甘蔗品种材料中，筛选营养成分较好的甘蔗品种作为饲用甘蔗品种，采用一年3次刈割的模式，为反刍动物提供饲草饲料供给，特别是冬季。二是按照4个主要营养成分指标的要求，筛选优良甘蔗种质资源，进行甘蔗杂交育种，把饲料甘蔗品种选育作为反刍动物饲料作物品种来源，也是甘蔗品种多元化的发展方向。最终实现糖畜互动生产结构和模式，共同联动发展，无需压缩甘蔗种植面积，实现经济效益的稳定发展。

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